Stratosfäriska kvantdatarcentra: Nästa molnet

Vad händer om “cloud computing” blir bokstavlig? Forskare utforskar att distribuera avancerade datorer i stratosfären för att adressera ett av de centrala problemen med kvantdatorer.

Om den implementeras kan detta unika sätt att lösa problemet spara på kylkostnader och helt förändra hur vi förstår och tänker om ‘cloud computing.’

The Growing Cost of Cooling Quantum Data Centers

Kvantdatorer är en typ av dator som använder kvantmekanik för att utföra komplexa beräkningar mycket snabbare än klassiska datorer.

Till skillnad från klassiska datorer, som lagrar och bearbetar data i bitar (dvs. nollor eller ettor), använder kvantdatorer qubitar som kan existera i flera tillstånd samtidigt, ett fenomen som kallas superposition, och kan också länkas ihop, ett fenomen som kallas sammanflätning. Dessa egenskaper gör att kvantdatorer kan utforska många möjligheter samtidigt.

Med qubitar som deras grundläggande datamängd kan kvantdatorer utföra avancerad parallellberäkning och njuta av avsevärt ökad lagringskapacitet. Qubitar är dock mycket känsliga för miljöstörningar, såsom värme, vibrationer och elektromagnetisk interferens.

De är helt enkelt mycket ömtåliga och, som sådan, hålls de vid extremt låga temperaturer för att förhindra fel orsakade av brus och för att säkerställa korrekt funktion.

De flesta kvantsystem arbetar faktiskt vid temperaturer så låga som flera mK till 10 K.

Så, medan kvantdatarcentra (QDC) har potentialen att slutföra en uppgift dubbelt så snabbt som ett traditionellt, förbrukar de tio gånger mer energi på grund av användningen av energikrävande kryogena kylsystem.

Som ett resultat finns ett behov av att undersöka QDC:ernas termodynamiska aspekter för att minska kylenergiförbrukningen i dessa datacenter.

Några av de viktigaste kylteknikerna som används i datacenter för kvantchip inkluderar laserkyla, spädningskylning och pulsrörskylning, med avancerade teknologier såsom användning av den magnetokaloriska effekten (ett fenomen där magnetiska material värms upp när ett magnetfält appliceras och kyls ner när fältet tas bort) i supersolider som också får ökad uppmärksamhet.

En annan teknik innebär att sänka ner kvantkretsar i den sällsynta kryogena vätskan Helium-3, som blir en superfluid vid extremt låga temperaturer och uppvisar unika kvantegenskaper.

Ändå kräver uppnåendet och upprätthållandet av kryogena miljöer för qubitar betydande kostnad och energi, vilket utgör ett stort hinder för antagandet och skalningen av kvantdatorer, en snabbt framväxande teknik.

Detta kräver innovativa ingenjörsmetoder som kan möjliggöra högpresterande kvantdatorer.

En studie från KAUST-forskare har gjort just det genom att föreslå distribution av kvantprocessorer på stratosfäriska höghöjdsplattformar (HAP). Processorerna kommer att placeras på luftskepp som flyger genom stratosfären på en höjd av cirka 20 kilometer (12,4 miles), där omgivningstemperaturen är -50 °C (ungefär -58 °F). 

Genom att utnyttja dessa naturligt kalla förhållanden syftar forskarna till att avsevärt minska kylbehoven för QDC och möjliggöra hållbar, högpresterande kvantdator.

Turning Airships Into Solar-Powered Cryogenic Data Centers

Det nya förslaget från forskare vid Saudiarabiens King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), publicerat i tidskriften npj Wireless Technology¹, beskriver ett nytt ramverk för att distribuera kvantdatorer i stratosfären med hjälp av luftskepp, eller ballonger.

Det visar också att deras unika metod för grön, flexibelt distribuerbar kvantdator i den övre atmosfären erbjuder överlägsen energieffektivitet. Dessutom presterar systemet bättre beräkningsmässigt än traditionella markbaserade datacenter.

“Genom att operera ovanför molnen och vädersystemen har luftskeppet tillgång till förutsägbar och oavbruten solstrålning.”

– Ledande författare, Basem Shihada från KAUST

För att utnyttja de kalla förhållandena i stratosfären föreslår teamet Quantum Computing-Enabled High Altitude Platforms (QC-HAPs). Dessa stratosfäriska luftskepp kommer att hysa de kvantbaserade enheterna i kryostater för att upprätthålla den erforderliga kryogena temperaturen. 

Ja, kryostater behövs fortfarande för att upprätthålla kvanttillstånd, men på sådan höjd minskar de naturligt låga omgivningstemperaturerna drastiskt den energi som krävs för kryogen kylning. 
Swipe för att rulla →

Dessutom kommer luftskeppen att utrustas med solpaneler för att omvandla solljus till elektrisk energi och litium–svavelbatterier för att säkerställa smidig drift genom natten och under störande väder.

Enligt artikeln skulle kosmiska strålar, högenergetiska partiklar som produceras av solen, ha en försumbar inverkan på tillförlitligheten hos stratosfäriska kvantdatorsystem, vilket bekräftar plattformens stratosfäriska livskraft. 

QC-HAPs placerade i himlen kommer att länkas till kvantdatarcentra på marken.

För detta skulle HAPs skicka information kodad i ljusvågor via fria rymdlänkar (FSO). Vid molniga förhållanden fungerar radiovågsförbindelser som backup.

För att förhindra signalnedbrytning och decoherens när data färdas genom atmosfären föreslår teamet att använda mellanstationer i form av ballongbärda plattformar på lägre höjder som relästationer.

Det fantastiska med QC-HAPs är att de kan flyttas dit de behövs, oavsett om det är i efterfrågeområden eller avlägsna regioner. Denna flexibla distribution utökar kvantdatorns räckvidd, lindrar beräkningsflaskhalsar och minskar latens.

Dessutom kan de länkas ihop för att öka den totala beräkningskraften, och bilda “en dynamisk flotta som kan leverera efterfrågan, skalbara kvantberäkningstjänster världen över,” sade studiens medförfattare, Wiem Abderrahim, som för närvarande är forskningsstipendiat vid University of Carthage i Tunisien.

Denna skalbara multi-HAP konstellationsarkitektur kan övervinna individuella energibegränsningar och förbättra beräkningsfördelar.

Enligt forskarnas beräkningar kan deras solenergidrivna lösning minska kylbehovet med 21 % jämfört med motsvarande kvantdatorcenter på marken.

Forskarna använde metoden på två ledande former av kvantdatorer för deras mognad, stabilitet, skalbarhet och koherenstid. Minskningen av kylbehov varierar med qubitarkitektur eftersom varje typ fungerar i ett annat kryogent temperaturintervall.

En metod använder qubitar baserade på fångade joner som kyls till cirka 4 K (ungefär –269 °C). Denna fick mest nytta av QC-HAP-konceptet. Den andra använder supraledande kretsar som fungerar vid temperaturer mellan 10 och 20 mK.

Deras analys visar också att dessa kvantaktiverade HAPs stödjer 30 % fler qubitar än markbaserade QDCs samtidigt som de upprätthåller lägre felhastigheter, särskilt när avancerade hårdvarukapaciteter utnyttjas.

Förutom qubitarna beror energibesparingarna som uppnås av det stratosfäriska kvantsystemet också på datacentrets arkitektur, noterade studien.

Trots sin kraft är detta futuristiska koncept långt från praktisk implementering och kräver betydande framsteg i kvantdatorhårdvara, såsom robusta system för att identifiera och korrigera fel, särskilt under överföring.

Det finns också de unika egenskaperna hos den stratosfäriska miljön, såsom säsongsvariationer i solinstrålning och väderförhållanden som påverkar insamlad solenergi och därmed energiefektiviteten i deras föreslagna plattform, vilket kräver noggrann övervägning.

Studien bör i framtida forskning fokusera på att analysera hur miljöfaktorer påverkar kvantsystem och på att utveckla robusta designer för QC-HAP:s verkliga utrullning. 

“Våra nästa steg är att gå från det konceptuella och analytiska stadiet till mer implementeringsfokuserade studier.”

– Studiets medförfattare, Osama Amin

Framåt ser forskarna att luftburna kvantlösningar inte kommer att ersätta utan existera tillsammans med konventionella markbaserade datacenter i ett hybridmolnberäkningsramverk.

The Global Race to Make Quantum Computers a Reality

När forskare utforskar himmelsbaserade kvantplattformar fortsätter stora branschaktörer att utveckla den hårdvara som behövs för kvantåldern som dessa plattformar så småningom kan stödja.

IBM (IBM ), till exempel, är bland dem som är djupt involverade i kvantdatorer och hoppas leverera Starling, en storskalig feltolerant kvantdator, innan årtiondet är över.

Nyligen meddelade företaget utvecklingen av nya kvantprocessorenheter (QPUs) som förväntas hjälpa dem uppnå kvantfördel såväl som en fullt feltolerant kvantdator.

Med 120 qubitar är IBM Quantum Nighthawk dess första nya processor som kan bearbeta 30 % fler komplexa kvantberäkningar än IBMs tidigare QPU (R2 Heron). Varje av dessa qubitar kan ansluta till de närmaste fyra grannarna tack vare justerbara kopplare. Detta ramverk kommer att möjliggöra för forskare att utforska problem som kräver 5 000 två‑qubit‑gate, med IBM som hoppas att ha Nighthawks framtida versioner leverera upp till 10 000 gate senast i slutet av 2027.

IBM Loon är den andra, mindre processorn, som har 112 qubitar och alla hårdvaruelement som krävs för full feltolerans för att adressera den höga felhastigheten i qubitar. Detta kommer att hjälpa teamet att lära sig i förväg inför Kookaburra, ännu en proof‑of‑concept‑processor, som blir den första modulärt designade QPU:n för att lagra och bearbeta kodad information. Den förväntas nästa år.

Dessutom delade IBM att deras nya format för kvantprocessorproduktion på en 300 mm (12 tum) wafer halverar den tid som krävs för att bygga varje enhet samtidigt som den fysiska komplexiteten hos chipen ökas med 10 ×.

Medan hårdvaran accelererar varierar tidslinjerna för mainstream‑kvant kraftigt mellan branschledare.

Kvantdatorer, enligt Intels (INTC ) tidigare VD, Pat Gelsinger, kommer att bli mainstream mycket snabbare, på omkring två år, och kommer att markera slutet för GPU:er. Samtidigt har Nvidia (NVDA ), en dominerande aktör på GPU‑marknaden, sagt att det kommer att ta två decennier för kvant att bli mainstream.

“Vi går in i det mest spännande decenniet eller två för teknologer,” sade Gelsinger i en intervju med FT. Han kallade också kvantdatorer för den “heliga treenigheten” i datavärlden, tillsammans med klassisk och AI‑databehandling.

Men medan Gelsinger också tror att ett “kvantgenombrott” kommer att spränga AI‑bubblan, ser Googles Sundar Pichai det som nästa AI‑boom i sig.

VD:n för världens tredje största företag efter börsvärde på 3,86 triljon dollar sade i en nylig intervju att kvantdatorer snabbt närmar sig ett genombrottsmoment liknande det AI upplevde för några år sedan.

“Jag skulle säga att kvant är där, där AI kanske var för fem år sedan. Så jag tror att om fem år från nu kommer vi att gå igenom en mycket spännande fas i kvant.”

– Pichai

Och Google positionerar sig aggressivt för denna förändring. Enligt Pichai:

“Vi har de mest avancerade kvantdatorinsatserna i världen… att bygga kvantsystem, tror jag, kommer att hjälpa oss att bättre simulera och förstå naturen och låsa upp många fördelar för samhället.”

Som förstärker denna utveckling rapporterade forskare vid Google Quantum AI förra månaden implementeringen av en ytkod² med tre distinkta dynamiska kretsar. Detta öppnar nya möjligheter för verkliga tillämpningar av den välkända Quantum Error Correction (QEC)-tekniken och kan också hjälpa till att utveckla mer pålitliga kvantdatorer.

QEC är sättet att få dessa datorer att fungera pålitligt. Det är också avgörande för att bygga feltoleranta kvantdatorer, men “implementering av QEC är en betydande utmaning eftersom felupptäckande och korrigerande kretsar är komplexa och kräver extremt precisa operationer,” sade medförfattaren Matt McEwen.

Den aktuella ytkoden fungerar genom att organisera qubitar på ett 2D‑rutnät och sedan upprepade gånger kontrollera för fel.

Tidigare arbetade McEwen med ett teoretiskt förslag som visade att det finns flera sätt att implementera den, särskilt genom att demonstrera genomförbarheten av tre distinkta dynamiska ytkodimplementeringar: hex, iSWAP och walking‑kretsar.

Med detta som grund fortsatte teamet med att bevisa att de fungerar i experiment under verkliga förhållanden.

Vid testning fann de att iSWAP‑kretsarna förbättrade felreduceringen med 1,56 × och walking‑kretsen med 1,69 ×, medan hex‑kretsen gjorde det med 2,15 ×.

“Den största slutsatsen från vårt arbete är att bekräfta att dessa dynamiska kretsimplementationer fungerar i verkligheten.”

– McEwen

Genombrott i qubitstabilitet accelererar också. Ingenjörer vid Princeton kunde nyligen förlänga qubitlivslängden³ i sin senaste forskning, som delvis finansierades av Google Quantum AI.

Ett stort steg mot att utveckla användbara kvantdatorer, ingenjörerna skapade en supraledande qubit som förblev stabil i mer än 1 ms, vilket är tre gånger längre än de starkaste befintliga versionerna.

“Den verkliga utmaningen, det som hindrar oss från att ha användbara kvantdatorer idag, är att du bygger en qubit och informationen bara inte varar särskilt länge,” sade medförfattaren Andrew Houck, som är dekan för ingenjörsvetenskap vid Princeton. “Detta är nästa stora språng framåt.”

För att bekräfta deras förbättring av qubitkoherens byggde forskarna ett fungerande kvantchip med den nya arkitekturen, som liknar systemen utvecklade av Google och IBM (IBM ). 

Det transmon‑qubitalternativ som används bygger på supraledande kretsar som fungerar vid extremt kalla temperaturer och erbjuder solid skydd mot miljöstörningar. De fungerar också bra med dagens tillverkningsprocesser. Att öka koherenstiden för dessa qubitar är dock extremt svårt.

Så redesignade Princeton‑teamet qubiten, med den exceptionellt robusta tantalumen för att förhindra energiförlust och allmänt tillgängligt högkvalitativt kisel som substrat. Detta tantalum‑siliciumchip är inte bara lättare att massproducera utan också överlägset nuvarande designer.

Genom att kombinera dessa två, tillsammans med förfinade tillverkningstekniker, ledde teamet till att uppnå en av de mest betydande förbättringarna i transmonens historia. En hypotetisk 1 000‑qubit‑dator kan fungera ungefär en miljard gånger bättre om branschens nuvarande bästa design byts ut mot Princeton‑designen på grund av dess förbättringar som skalar exponentiellt med systemstorlek, sade Houck.

Théau Peronnin, VD för Alice & Bob, ett företag som utvecklar ett feltolerant kvantdatorsystem med Nvidia (NVDA ), sade nyligen att även om kvantteknik ännu inte är tillräckligt avancerad för att hota nuvarande kryptografiska system, kan den bli kraftfull nog att knäcka dem några år efter 2030.

Detta utgör ett hot inte bara mot Bitcoin (BTC ) och kryptovalutor utan också mot all bankkryptering. Han sade i en intervju med Fortune:

“Löftet med kvantdatorer är en exponentiell hastighetsökning, men om du zoomar ut på en exponentiell [kurva] blir den helt platt – och sedan blir den en vertikal vägg. Så vi är bara i början av inflektionspunkten. Just nu är den inte kraftfullare än din smartphone. Men ge den ett par år, så kommer den att vara kraftfullare än den största superdatorn någonsin.”

Företag arbetar dock på lösningar, medan forskare utökar räckvidden för kvantnätverk. Förra månaden ökade forskare från University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME) räckvidden för kvantanslutningar från bara några kilometer till 2 000 km.

“För första gången är tekniken för att bygga ett globalt kvantinternet inom räckhåll.”

– Assisterande professor Tian Zhong

I deras studie ökade teamet koherenstiden för individuella erbiumatomer från 0,1 ms till över 10 ms, och i ett fall nådde de till och med 24 ms.

Innovationen här var att bygga kristallerna som är kritiska för att skapa kvantentanglement på ett annat sätt. För detta använde de molekylärstråleepitaxi (MBE), vilket liknar 3D‑utskrift. “Vi börjar med ingenting och sedan monterar vi denna enhet atom för atom,” tillade han, “Kvaliteten eller renheten i detta material är så hög att kvantkoherensegenskaperna hos dessa atomer blir enastående.”

Investing in Quantum Tech

IonQ, Inc. (IONQ ) är ett renodlat kvantföretag som bygger och kommersialiserar kvantdatorer med fokus på fångade jon‑qubitar. Företaget erbjuder kvantmaskinvara via stora molnplattformar. Detta gör kvantdatorer mer tillgängliga och positionerar dem väl för kommersiell adoption när kvant närmar sig verklig användning. 

IonQs aktieprestation speglar detta, med aktier som för närvarande handlas till $48,10, ner 21 % den senaste månaden men upp över 18 % år‑till‑datum och 67,56 % de senaste tre åren. Den har ett EPS (TTM) på -5,35 och ett P/E (TTM) på -9,21.

När det gäller företagets finansiella styrka rapporterade det en omsättning på $39,9 miljoner för Q3 2025, upp 222 % YoY. Dess nettoförlust var $1,1 miljarder, medan GAAP‑EPS var ($3,58) och justerad EPS var ($0,17).

IonQ hade $1,5 miljarder i kontanter, likvida medel och investeringar i slutet av kvartalet. 

“Vi levererade vårt tekniska milstolpe för 2025 av #AQ 64 tre månader tidigt, vilket låste upp 36 kvadriljoner gånger mer beräkningsutrymme än ledande kommersiella supraledande system. Vi uppnådde en verkligt historisk milstolpe genom att demonstrera världsrekord på 99,99 % två‑qubit‑gate‑prestanda, vilket understryker vår väg mot 2 miljoner qubitar och 80 000 logiska qubitar år 2030.”“

– VD Niccolo de Masi

Under detta kvartal slutförde IonQ också förvärvet av Oxford Ionics och Vector Atomic och tilldelades ett nytt kontrakt med Oak Ridge National Laboratory för att utveckla accelererade kvant‑klassiska arbetsflöden och avancerade energitillämpningar.

Klicka här för en lista över de fem bästa kvantdatorföretagen.

Latest IonQ, Inc. (IONQ) Stock News

Conclusion: When ‘the Cloud’ Becomes Quantum

Kvantdatorer genomgår en snabb utveckling från en ren laboratoriekuriosa till ett globalt tekniklopp, där branschjättar som IBM, Google och Nvidia driver hårdvarukapaciteter till oöverträffade nivåer. Samtidigt löser genombrott inom qubitkoherens, kvantfelkorrigering och långdistanssammanflätning stadigt fältets långvariga utmaningar.

Mitt i detta arbetar KAUST:s förslag med att göra “molntjänster” till en påtaglig verklighet, driven av naturliga kryogena temperaturer och ständig solljus.

Dessa framsteg visar att vi närmar oss en historisk vändpunkt. Inom det kommande decenniet är det en mycket verklig möjlighet att kvantdatorer äntligen går från teori till praktisk tillämpning, omformar kryptering, vetenskap och så småningom kanske till och med innebörden av “molnet” självt.

Klicka här för en lista över de bästa molntjänstaktierna.

Referenser

1. Abderrahim W., Amin O., & Shihada B. Grön kvantdator i himlen. npj Wireless Technology 1, Artikel 5 (2025). https://doi.org/10.1038/s44459-025-00005-y
2. A. Eickbusch, M. McEwen, V. Sivak, A. Bourassa, J. Atalaya, J. Claes, D. Kafri, C. Gidney, C. Warren, J. Gross, A. Opremcak, N. Zobrist, K. C. Miao, G. Roberts, K. J. Satzinger, A. Bengtsson, M. Neeley, W. P. Livingston, A. Greene, R. Acharya, L. Aghababaie Beni, G. Aigeldinger, R. Alcaraz, T. I. Andersen, M. Ansmann, F. Arute, …, A. Morvan et al. Demonstration av dynamiska ytkoder. Nature Physics, 2025, Artikel publicerad 17 oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03070-w
3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, R. J., & Zhong, T. Dual epitaxial telecom spin-photon interfaces with long-lived coherence. Nature Communications, 16, 9814. https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6